面向供應(yīng)鏈應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)架構(gòu)研究①

北京物資學(xué)院 劉丙午 趙光光 李俊韜

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展給供應(yīng)鏈研究帶來了很多解決問題的新思路，但也面臨很多問題：RFID系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，現(xiàn)有信息系統(tǒng)很難滿足這樣的處理需求[1]；在商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用方面，可操作的信息和企業(yè)響應(yīng)之間缺乏有效的管理機制，企業(yè)無法及時響應(yīng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中發(fā)生的變化[2]。信息差距需要彌補，同時對于供應(yīng)鏈變化的響應(yīng)機制也應(yīng)建立，復(fù)雜事件(CEP)[3]的研究為解決這些問題提供了新的方式。

本文采用基于SOA的應(yīng)用架構(gòu)，選用Web Service作為實現(xiàn)方案，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供應(yīng)鏈信息服務(wù)框架方案。利用RFID中間件對原始數(shù)據(jù)進行處理，事件的檢測機制定義了信息的流向以及處理機制，在分布式的環(huán)境下不僅使信息存儲的機制得到規(guī)范，而且也建立了供應(yīng)鏈節(jié)點與中央處理區(qū)的協(xié)同機制，最后達到供應(yīng)鏈整體和局部之間的協(xié)調(diào)、高效運作。

1 系統(tǒng)架構(gòu)研究

企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈中原有的應(yīng)用系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)“感知”系統(tǒng)本質(zhì)上是絕對異質(zhì)化的，為了實現(xiàn)供應(yīng)鏈中各個參與者信息服務(wù)的建立，采用基于SOA的應(yīng)用架構(gòu)，建立信息服務(wù)機制，通過Web Service滿足不同企業(yè)用戶的需求。同時，RFID事件和其他提取的原始事件是低層次的，需要語義規(guī)范為可執(zhí)行的業(yè)務(wù)層面信息，通過定義規(guī)范的復(fù)雜事件檢測模式才能實現(xiàn)業(yè)務(wù)層面的信息轉(zhuǎn)換，從而本文提出了面向供應(yīng)鏈應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)架構(gòu)。

在整個架構(gòu)中，RFID中間件承擔(dān)著最主要的處理任務(wù)，而復(fù)雜事件引擎是整個中間件系統(tǒng)的核心。

處理基礎(chǔ)設(shè)備架構(gòu)中的數(shù)據(jù)——RFID基礎(chǔ)架構(gòu)包含的各個設(shè)備都需要注冊、配置和服務(wù)監(jiān)控。這一層面的中間件負責(zé)自動化或者半自動化的控制、配置、監(jiān)控以及組織眾多設(shè)備，把它們部署到整個網(wǎng)絡(luò)中來有效地解決在企業(yè)應(yīng)用中的需求。由于RFID是實例級的識別，并且瞬間從RFID原始數(shù)據(jù)流中捕獲產(chǎn)品信息，所以必須包括數(shù)據(jù)過濾和聚合功能。這個層面還需要做的就是降低臨時性的讀取錯誤以及做數(shù)據(jù)平滑來降低時間和空間的復(fù)雜性，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程。

本系統(tǒng)架構(gòu)從底部到頂部分別為RFID基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)層、原始數(shù)據(jù)處理和設(shè)備管理中間件、事件感知和事件處理層、Web Service管理層，四個層面分別承擔(dān)不同的任務(wù)。RFID基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)層是整體架構(gòu)的基石，所有的信息采集都來自它。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 情境感知和事件處理

情境感知和事件處理包含了事件處理(EP)以及語義感知(CA)，進一步解釋：EP包括定義、注冊和檢測維護事件之間的關(guān)系事件；CA包括定義事件發(fā)生的背景，理解語義，并觸發(fā)基于識別的語義的應(yīng)用行為。所以，CAEP就是實時挖掘事件價值，來支持RFID信息在事件和應(yīng)用層面之間的聚合。

1.2 RFID數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)管理

考慮到2、3特性，RFID數(shù)據(jù)的傳輸是自然特征，它被評為RFID中間件必要的實現(xiàn)功能。一旦一個被定義好的語義事件得到執(zhí)行，經(jīng)過篩選的信息就應(yīng)該被發(fā)送到有該請求的應(yīng)用。數(shù)據(jù)傳播(DD)就成為了一個非常關(guān)鍵的任務(wù)，把從RFID讀寫器中整合的信息傳送到基于上下文語義的企業(yè)級應(yīng)用當(dāng)中去。為進一步提高數(shù)據(jù)處理能力，數(shù)據(jù)管理有必要捕獲和存儲數(shù)據(jù)。

1.3 應(yīng)用程序接口(API)

不斷接入供應(yīng)鏈管理和企業(yè)管理系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)，需要RFID中間件提供API這項功能。事實上，當(dāng)卓越的RFID中間件產(chǎn)品出現(xiàn)在企業(yè)和客戶之間的時候，都會讓彼此夸贊對方。在不同的合作伙伴之間分享的RFID數(shù)據(jù)，需要像管弦樂一樣在企業(yè)間的應(yīng)用系統(tǒng)間協(xié)同。

1.4 Web服務(wù)管理(WSM)

Web服務(wù)的本質(zhì)是它可以提供在網(wǎng)絡(luò)中可互操作的機器對機器的交互，并對事件觸發(fā)的及時響應(yīng)。WSM負責(zé)照顧中間件的核業(yè)務(wù)，例如，語義感知和事件處理(CAEP)、RFID數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)管理(DM)，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以完成特定的設(shè)計方面需求，例如交互性、開放、聯(lián)盟等等。WSM一個很大的優(yōu)勢在于，當(dāng)基于RFID中間件解決方案時，部署在分布式環(huán)境中，它可以減輕不同區(qū)域的工作人員的頻繁交流。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵實現(xiàn)

2.1 復(fù)雜事件機制

事件可以從服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、RFID和活動中提取。事件可以簡單地歸類為原始事件和復(fù)雜事件，它們都可以根據(jù)屬性進行歸類，同時它們之間也有因果關(guān)系。運算符將事件結(jié)合在一起，從而形成復(fù)雜事件或情形。操作符包括邏輯運算符、時間運算符、因果運算符以及RFID運算符。事件語境包含語義區(qū)、工作流模型、不同層面的抽象層次等。本文中，事件語境用來表示那些需要從低層面轉(zhuǎn)化為高層面的信息。語義區(qū)是一個相對獨立的事件的語境，由發(fā)起事件和終止事件綁定在一起構(gòu)成。發(fā)起事件的產(chǎn)生生成語義空間，終止事件的產(chǎn)生終止這個語義空間。同時，語義空間包含人物、地點、角色、狀態(tài)等其他相對獨立的語境信息。

為了執(zhí)行的順暢，工作流模型就有必要引入事件語境。工作流中的信息可以被用來規(guī)劃RFID標簽標識的物品流，可以檢驗是否和實際工作流程相同。

2.2 復(fù)雜事件檢測模型

復(fù)雜事件的處理有很多關(guān)鍵部分，比如事件的提取、事件的整合、事件的響應(yīng)等。對于供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)來講，復(fù)雜事件的檢測是上層服務(wù)實現(xiàn)的關(guān)鍵，在分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，本文提出了如圖2所示的事件檢測模式。

供應(yīng)鏈事件分類表：對上層服務(wù)的請求都作為供應(yīng)鏈的復(fù)雜事件，并且歸類，每一種實例都會有系統(tǒng)配置的處理資源，并且對用戶的每次請求都做記錄，當(dāng)記錄超過一定期限時，根據(jù)超時策略進行銷毀。

復(fù)雜事件分類表：節(jié)點中每一種類型的復(fù)雜事件對應(yīng)一個復(fù)雜事件分類表，包含了每種復(fù)雜事件的描述，并且把事件類型作為一個組合操作符。當(dāng)一個復(fù)雜事件描述被編輯和調(diào)整時，它就會被存儲于操作符的復(fù)雜事件分類表，例如CE1=AND(E1，E2)，CE2=AND(E1，E3)，復(fù)雜事件分類表E1包含事件CE1和CE2，表E2只包含CE1，表E3只包含CE2。

共享池：不同的事件檢測通常是由很多相同的子表達式構(gòu)成的，共享池的建立為復(fù)雜事件檢測的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。例如：如果AND(A1，A2)事件第一次被檢測，就會向節(jié)點發(fā)出檢測請求并緩存在共享池中，對于復(fù)雜事件CE2=OR(AND(A1，A2)，A3)的檢測，當(dāng)檢測到共享池中有AND(A1，A2)時，只需要向節(jié)點請求A3事件即可，避免了對AND(A1，A2)事件的重復(fù)檢測。

用戶通過Web服務(wù)端向信息服務(wù)層發(fā)出請求，該請求會通過事件篩選器判斷請求類型，并指向該類事件的處理區(qū)域；當(dāng)檢測到事件處理方法后，會首先在信息服務(wù)層的共享池中查找是否有該類請求的結(jié)果，如果池中有之前生成請求的結(jié)果，把結(jié)果反饋給用戶端即可；如果是第一次請求就生成新的任務(wù)，向供應(yīng)鏈響應(yīng)節(jié)點發(fā)出指令調(diào)取響應(yīng)數(shù)據(jù)，其中節(jié)點調(diào)取數(shù)據(jù)的方法是通過中央處理區(qū)向節(jié)點發(fā)送URL實現(xiàn)，調(diào)取成功后會將結(jié)果整合緩存在共享池中，方便其他復(fù)雜事件檢測的調(diào)取。

2.3 Web Service應(yīng)用服務(wù)

基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)提供的信息服務(wù)很廣泛，不僅針對不同的參與者有不同的功能需求，對于不同業(yè)務(wù)也有很大的不同。例如對于庫存管理業(yè)務(wù)而言，一些典型的應(yīng)用應(yīng)包括整體庫存管理、店內(nèi)促銷管理、需求預(yù)測、防偽等[6]。由于WEB應(yīng)用的錯綜復(fù)雜，接入企業(yè)應(yīng)用層的RFID數(shù)據(jù)就需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互規(guī)范以及安全協(xié)議，同時，不同的服務(wù)應(yīng)用都需要注冊和管理。

人們采用Web服務(wù)協(xié)議或更精確的服務(wù)水平協(xié)議以達到服務(wù)的整體交互性，并且在一個應(yīng)用程序為中心的工作流程的不同服務(wù)之間進行無縫集成。首先，Web服務(wù)包含了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的操作功能和目的。針對不同的服務(wù)應(yīng)用，架構(gòu)中有一個命名空間對應(yīng)各項服務(wù)。第二，Web服務(wù)協(xié)議包含了信息在服務(wù)間的轉(zhuǎn)換和交換。第三，底層的數(shù)據(jù)模型已經(jīng)規(guī)范了提供給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用的信息的結(jié)構(gòu)，可以確保這些信息可以在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用中接收和傳送。第四，它包括適用于服務(wù)調(diào)用約束集，最后，它包含的信息有關(guān)如何以及在何處可以訪問服務(wù)。這里本文提出采用WS-API接口來解決數(shù)據(jù)交互規(guī)范和安全問題，利用WSM(Web服務(wù)管理)負責(zé)功能應(yīng)用的注冊和配置，同時監(jiān)控各個服務(wù)的健康狀況，確保整個Web服務(wù)在健康狀態(tài)。

3 結(jié)語

本文在深入研究供應(yīng)鏈信息服務(wù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過提出一個面向供應(yīng)鏈服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)信息架構(gòu)，來建立整個系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)；同時提出復(fù)雜事件的檢測機制，對于供應(yīng)鏈中的復(fù)雜事件存儲及檢測給予規(guī)范。并且，在此基礎(chǔ)上也給出了面向供應(yīng)鏈的Web Service應(yīng)用服務(wù)，對信息的檢測和規(guī)范使得信息服務(wù)更加準確和及時，保證了供應(yīng)鏈各個參與者都可以得到可靠的信息服務(wù)。

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